Nbtpt là gì? Các công bố khoa học liên quan đến Nbtpt

Giới thiệu về NBTPT

NBTPT, hay đầy đủ là N-(n-butyl) thiophosphoric triamide, là một hợp chất hữu cơ chứa phốt pho được phát triển từ những năm 1980 để sử dụng trong nông nghiệp như một chất ức chế urease. Tên gọi khác thường gặp của nó là NBPT. Chất này đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến hiệu suất phân ure – loại phân đạm phổ biến nhất hiện nay – bằng cách hạn chế thất thoát nitơ dưới dạng khí amoniac.

NBTPT được xếp vào nhóm urease inhibitor, tức là những hợp chất có khả năng can thiệp vào hoạt động của enzyme urease trong đất. Enzyme này phân giải ure thành amoniac và carbon dioxide, trong đó amoniac dễ dàng bay hơi, gây thất thoát nitơ và giảm hiệu quả của phân bón. Bằng việc bổ sung NBTPT vào ure, quá trình thủy phân bị chậm lại, nitơ được giữ lại lâu hơn để cây trồng hấp thu.

Tác động của NBTPT có ý nghĩa lớn trong nông nghiệp bền vững. Nó không chỉ giúp tiết kiệm chi phí phân bón mà còn giảm thiểu phát thải nitơ vào khí quyển, góp phần giảm ô nhiễm môi trường. Đây là lý do NBTPT ngày càng trở thành thành phần quan trọng trong các loại phân bón thông minh và thân thiện môi trường.

• Chất ức chế urease có nguồn gốc hữu cơ.
• Được sử dụng rộng rãi trong phân ure cải tiến.
• Giúp giảm thất thoát nitơ và nâng cao hiệu quả cây trồng.

Cấu trúc hóa học và tính chất vật lý

NBTPT có công thức phân tử là C₄H₁₄N₃PS, thuộc nhóm các dẫn xuất phosphoric triamide. Cấu trúc của nó bao gồm nguyên tử phốt pho ở trung tâm, liên kết với một nguyên tử lưu huỳnh, hai nhóm amin và một nhóm n-butyl. Sự hiện diện của lưu huỳnh trong cấu trúc tạo điều kiện cho sự hình thành chất chuyển hóa oxo (NBPTO) có hoạt tính sinh học cao hơn trong đất.

Hợp chất này thường tồn tại ở dạng rắn màu trắng, dễ tan trong dung môi hữu cơ và có độ ổn định hóa học vừa phải. Trong thực tế, NBTPT được sản xuất với độ tinh khiết cao, thường đạt ≥ 97 %, để đảm bảo hiệu quả khi sử dụng trong phân bón. Điểm nóng chảy dao động khoảng 54–60 °C, cho phép dễ dàng thao tác trong các quá trình công nghiệp.

Ngoài ra, NBTPT không có mùi đặc trưng mạnh và được đánh giá là ít nguy hại cho sức khỏe người tiếp xúc ở nồng độ thông thường trong sản xuất phân bón. Dữ liệu an toàn hóa chất cho thấy hợp chất này không dễ cháy và phân hủy sinh học thành các sản phẩm vô cơ an toàn trong đất.

Tính chất	Thông tin
Công thức hóa học	C₄H₁₄N₃PS
Trạng thái	Rắn màu trắng
Điểm nóng chảy	54–60 °C
Độ tan	Tan trong dung môi hữu cơ, hạn chế trong nước
Độ tinh khiết	≥ 97 %

Cơ chế tác động – Ức chế urease

Enzyme urease là một metalloenzyme chứa ion Ni²⁺ tại trung tâm hoạt động, có nhiệm vụ xúc tác phản ứng thủy phân ure thành amoniac và carbon dioxide. Phản ứng này diễn ra rất nhanh trong môi trường đất, dẫn đến hiện tượng bốc hơi NH₃ mạnh mẽ từ phân ure.

NBTPT không trực tiếp ức chế urease ở dạng ban đầu, mà thông qua sản phẩm oxy hóa của nó là NBPTO. Khi vào trong đất, NBTPT bị oxy hóa thành NBPTO, chất này liên kết với ion Ni²⁺ trong trung tâm hoạt động của urease. Sự gắn kết này cản trở quá trình hoạt hóa ure, từ đó làm chậm phản ứng thủy phân. Kết quả là ure tồn tại lâu hơn, tạo điều kiện để nitơ ngấm vào đất và được cây hấp thu hiệu quả hơn.

Sự chậm lại của phản ứng có thể mô tả bằng phương trình thủy phân ure:

$CO(NH_2)_2 + H_2O \xrightarrow{urease} 2NH_3 + CO_2$

Khi có NBTPT, tốc độ phản ứng trên giảm rõ rệt. Các thí nghiệm in vitro cho thấy hoạt tính của urease giảm hơn 80 % trong sự hiện diện của NBTPT, chứng minh hiệu quả của cơ chế ức chế này.

• NBTPT bị oxy hóa thành NBPTO trong đất.
• NBPTO liên kết với ion Ni²⁺ tại trung tâm urease.
• Thủy phân ure chậm lại, giảm thất thoát NH₃.

Hiệu quả trong cải thiện hiệu suất phân bón và năng suất cây trồng

Thử nghiệm nông học trên nhiều loại cây trồng cho thấy NBTPT có khả năng giảm thất thoát nitơ do bay hơi amoniac từ 50 % đến 90 % tùy theo điều kiện đất, thời tiết và cách bón phân. Hiệu quả này đặc biệt rõ rệt trong những điều kiện đất bề mặt khô, có pH cao và nhiệt độ ấm – nơi hiện tượng mất NH₃ thường xảy ra mạnh.

Các nghiên cứu thực địa tại Mỹ, châu Âu và New Zealand đã ghi nhận rằng việc sử dụng phân ure có phủ NBTPT giúp tăng năng suất sinh khối và hàm lượng protein trong cây trồng. Ví dụ, trên cây ngô, năng suất hạt có thể tăng trung bình 5–7 % so với bón ure thông thường. Với đồng cỏ, năng suất khô tăng khoảng 3 % trong các nghiên cứu dài hạn.

Không chỉ tăng năng suất, NBTPT còn mang lại lợi ích môi trường. Lượng amoniac thoát ra khí quyển giảm mạnh, từ đó giảm đóng góp vào ô nhiễm không khí và mưa axit. Đồng thời, việc giữ lại nitơ trong đất giúp hạn chế rửa trôi nitrate xuống tầng nước ngầm, giảm nguy cơ ô nhiễm nguồn nước.

Điều kiện	Mức giảm thất thoát NH₃	Tác động đến năng suất
Đất trung tính, ẩm	~50 %	Tăng nhẹ (1–3 %)
Đất kiềm, khô	70–90 %	Tăng 5–7 %
Đồng cỏ ôn đới	60 %	Tăng 3 %

Hiệu quả của NBTPT không hoàn toàn đồng nhất mà phụ thuộc vào cách sử dụng. Việc bao phủ đều ure bằng NBTPT thường cho kết quả tốt hơn so với trộn không đồng đều hoặc thêm vào dung dịch. Do đó, kỹ thuật ứng dụng đóng vai trò quan trọng trong tối ưu hóa tác động của hợp chất này.

Ứng dụng thương mại và các lưu ý kỹ thuật

NBTPT đã được thương mại hóa dưới nhiều dạng khác nhau, chủ yếu là phủ trực tiếp lên hạt ure hoặc bổ sung vào dung dịch ure-ammonium nitrate (UAN). Một trong những thương hiệu nổi bật nhất trên thị trường là AGROTAIN, chứa khoảng 20–25 % NBTPT, được công nhận rộng rãi trong cộng đồng khoa học và công nghiệp phân bón. Công nghệ này giúp đảm bảo sự phân bố đồng đều của chất ức chế, giữ tính ổn định của NBTPT trong quá trình lưu kho và vận chuyển.

Trong thực hành nông nghiệp, liều lượng NBTPT thường được khuyến cáo ở mức 0,11–0,14 % khối lượng ure. Liều này đủ để làm chậm quá trình thủy phân ure trong khoảng 7–14 ngày, thời gian đủ để phân hòa tan và nitơ được cây trồng hấp thu. Nếu sử dụng liều thấp hơn, hiệu quả ngăn bay hơi NH₃ giảm đáng kể, trong khi liều cao hơn không cho thấy lợi ích bổ sung rõ ràng và có thể làm tăng chi phí sản xuất.

Về kỹ thuật, phủ hạt ure hoặc phối trộn trong quá trình sản xuất thường tạo ra sản phẩm đồng nhất, đảm bảo mỗi hạt ure đều chứa chất ức chế. Trái lại, việc bổ sung trực tiếp NBTPT vào dung dịch có thể dẫn đến sự phân bố không đều hoặc giảm độ ổn định theo thời gian. Các nghiên cứu so sánh cho thấy phương pháp bao trùm bề mặt hạt là hiệu quả nhất.

• Hình thức thương mại phổ biến: AGROTAIN, ure phủ NBTPT.
• Liều lượng khuyến nghị: 0,11–0,14 % khối lượng ure.
• Phủ hạt đồng đều giúp tăng hiệu quả và tính ổn định.

Tác động môi trường

Một trong những lợi ích quan trọng nhất của NBTPT là giảm phát thải khí amoniac, từ đó hạn chế ô nhiễm không khí và sự hình thành mưa axit. Amoniac phát thải từ nông nghiệp là nguồn đóng góp lớn vào ô nhiễm không khí ở nhiều quốc gia, dẫn đến các tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Việc giảm phát thải thông qua sử dụng NBTPT giúp cải thiện chất lượng môi trường sống.

Ngoài ra, NBTPT gián tiếp làm giảm sự rửa trôi nitrate xuống tầng nước ngầm. Khi ure được giữ lại lâu hơn trong đất, cây trồng có thêm thời gian để hấp thụ nitơ, giảm nguy cơ nitrate bị cuốn theo nước mưa xuống hệ thống nước ngầm. Điều này đặc biệt quan trọng ở những khu vực có mật độ bón phân cao, nơi chất lượng nước ngầm bị đe dọa bởi nitrate dư thừa.

Các mô hình đánh giá vòng đời sản phẩm cho thấy rằng sử dụng ure có phủ NBTPT làm giảm dấu chân carbon của hoạt động nông nghiệp. Lượng khí nhà kính phát thải gián tiếp, như nitrous oxide (N₂O), cũng có xu hướng thấp hơn so với bón ure truyền thống.

Tác động	Kết quả khi dùng NBTPT
Phát thải NH₃	Giảm 50–90 %
Rửa trôi nitrate	Giảm 20–40 %
Phát thải N₂O	Giảm 10–20 %

An toàn và độc tính

Các nghiên cứu độc tính cấp và mạn tính cho thấy NBTPT có độc tính thấp với con người và động vật khi sử dụng ở liều khuyến cáo. Hợp chất này không có khả năng tích lũy sinh học và bị phân hủy trong môi trường thành các hợp chất vô cơ an toàn như amoni, phosphate và sulfate. Thử nghiệm trên động vật cho thấy liều LD₅₀ đường miệng vượt quá 2000 mg/kg, xếp vào loại ít nguy hiểm.

Cơ quan an toàn hóa chất của châu Âu (ECHA) và Cơ quan an toàn thực phẩm châu Âu (EFSA) đều đã đánh giá NBTPT và công nhận nó an toàn khi sử dụng trong nông nghiệp. Ngoài ra, các báo cáo từ Cơ quan hóa chất công nghiệp Úc cũng khẳng định rằng NBTPT không gây nguy cơ môi trường đáng kể ở liều lượng sử dụng hiện tại.

Mặc dù an toàn ở liều nông nghiệp, người thao tác vẫn cần tuân thủ các biện pháp bảo hộ cơ bản, như đeo găng tay và kính khi tiếp xúc trực tiếp, để tránh kích ứng da hoặc mắt có thể xảy ra.

• Độc tính thấp, LD₅₀ > 2000 mg/kg.
• Không tích lũy sinh học trong môi trường.
• Được cơ quan quốc tế công nhận an toàn.

Triển vọng nghiên cứu và phát triển

Trong tương lai, nghiên cứu về NBTPT tập trung vào việc tối ưu hóa liều lượng và phương thức ứng dụng để đạt hiệu quả cao nhất với chi phí thấp nhất. Các nhà khoa học cũng đang tìm cách kết hợp NBTPT với các loại chất ức chế khác, như chất ức chế nitrit hóa, nhằm giảm đồng thời cả thất thoát amoniac lẫn phát thải N₂O. Sự kết hợp này hứa hẹn mang lại hiệu quả môi trường và kinh tế cao hơn.

Bên cạnh đó, các công nghệ phủ ure tiên tiến đang được phát triển để kéo dài thời gian giải phóng nitơ. Khi kết hợp với NBTPT, những công nghệ này có thể tạo ra phân bón chậm tan thế hệ mới, phù hợp với yêu cầu của nông nghiệp chính xác và nông nghiệp thông minh.

Các nghiên cứu về tính ổn định lâu dài của NBTPT trong điều kiện khí hậu khác nhau cũng là một hướng đi quan trọng. Bởi vì hiệu quả của NBTPT có thể thay đổi tùy theo nhiệt độ, độ ẩm và đặc tính đất, việc hiểu rõ những biến thiên này sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng ở các vùng sinh thái khác nhau.

Tài liệu tham khảo

• Structural and kinetic insights into urease inhibition by NBPT
• NBPT reduces ammonia volatilization from urea
• Urease inhibitors overview – USDA
• Field study of NBPT-coated urea on maize growth
• Long-term effects of NBPT in New Zealand pastures
• Australian Industrial Chemicals Introduction Scheme report on NBPT
• International Fertilizer Association resources on NBPT